收藏本站
《吉林大学》 2011年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

玉米果穗产量实时监测方法及其应用研究

齐江涛  
【摘要】:智能测产(产量实时监测)在精确农业技术作业体系中既是实施精确农业作业的起点,也是其终点。获取作业区域准确的产量信息可以检验当年精确农业的实施效果。即使当年未进行变量作业,产量信息也可以在空间上反映不同区域地块的产量差异、间接反映耕作土地的肥力差异。因此,农田产量信息是指导来年精准变量作业的重要依据,是当前国内外精确农业研究和实践中的一个重要环节。 目前国内外现有产量监测的设备和方法的监测对象主要是农作物的籽粒,应用于玉米果穗产量监测的产品和方法未见报道。由于受玉米品种、土地复种指数、作业方式等因素限制,我国大部分玉米种植地区收获玉米果穗,然后晾晒、脱粒。该收获方式决定国内外现有产量监测方法的应用受到限制,亟需开展适应我国国情的玉米果穗产量监测方法和技术研究。 本文以玉米果穗作为产量监测对象,以冲量式传感器作为产量传感器,结合电子技术、信息技术、农业机械化工程、农学和数学等多学科知识,开展玉米果穗产量监测方法及其应用研究。研究适应我国玉米收获方式的产量监测方法,根据该方法研制出玉米果穗产量实时监测系统,并对该方法进行试验研究。 本文结合导师主持的国家“863”高新技术研究发展计划资助项目(2006AA10A309)和作者主持的吉林大学研究生创新研究计划项目(20091017、20101018)开展果穗产量实时监测方法与应用研究。论文的主要研究工作与研究成果如下: (1)玉米果穗产量监测方法和技术研究。本文以冲量式传感器作为产量传感器,分析玉米果穗产量监测方法的工作原理。根据系统方案选购玉米收获机并对其进行改装,使其适应玉米果穗产量实时监测的要求。果穗间接冲击方案中,设计玉米果穗导向装置并进行试验,得出果穗导向槽的最佳安装角度为45°,导向装置与传感器的最佳间距为300mm,导向装置的开口宽度为400mm、开口应当高于升运器出口200mm。直接冲击方案中,产量传感器的最佳安装位置应在升运器出口前方684.4mm处。 (2)根据所提出的玉米果穗产量监测方法,以S3C2410微处理器为核心,在WinCE操作系统上利用EVC开发工具进行开发了果穗产量实时监测系统: ①基于S3C2410微处理器进行产量监测系统硬件开发。玉米果穗产量监测系统硬件电路共有七个模块组成:果穗产量信号采集模块、对地速度信号采集模块、基于GPS定位的位置信号采集模块、基于推算定位的位置信号采集模块、升运器转速采集模块、掉电保护模块、数据交换接口。 ②在Win CE操作系统和EVC平台上开发产量监测系统软件。系统软件分为以下5个子程序:产量信号采集与处理程序、升运器转速信号采集与处理程序、收获机定位程序、系统数据实时存储程序和人机交互程序。 (3)本文进行了产量监测方法中产量影响因素的研究工作。将玉米果穗产量的影响因素分为三方面:果穗冲击传感器的冲量、升运器转速和收获机对地速度。分别对速度采集技术、升运器转速采集技术和产量信号采集技术进行试验研究。速度采集技术研究试验中,GPS速度采集的最大误差为3.26%,接近开关作为速度传感器时测速成本最低,且测速稳定性和测速精度较高,为2.33%。升运器转速采集技术研究试验中,当升运器转速为200rpm时,测速误差较大,其最大测速误差为10.00%;当升运器转速为在500rpm~600rpm之间时,速度测量值最稳定。不同果穗喂入量情况下,果穗收获量y的变异系数CV为5.86%;当果穗喂入量大于2.5穗/秒时收获量测量值较稳定,果穗喂入量越大测产数据越稳定。果穗以纵向冲击与横向冲击两种姿态冲击传感器时,玉米果穗冲击传感器的姿态对产量的影响较小。 (4)本文分别基于数据拟合模型和BP神经网络模型建立产量模型。将两种产量模型分别应用于直接冲击测产和间接冲击测产方案中进行田间试验,得到如下结论: ①应用数据拟合方式建立直接测产方案和间接测产方案的产量模型,分别为yi=471.11 (Ii)/(ωi)和yi=0.7506Ii+20.074。以果穗冲量、升运器转速、对地速度为输入量建立三层BP网络,传输函数选择logsig与purelin函数,对BP网络进行训练,得出直接冲击方案中的权值矩阵分别为W1、B1、V1、C1;间接冲击方案中的权值矩阵分别为W2、B2、V2、C2。 ②以单产平均误差和总产误差作为精度评价指标,对比数据拟合模型和BP网络模型在直接冲击方案和间接冲击方案中的测产效果。直接冲击方案中,数据拟合模型和BP网络模型的平均单产误差分别为13.85%和7.17%。在间接冲击方案中,数据拟合模型和BP网络模型的平均单产误差分别为13.64%和9.28%。在直接冲击和间接冲击两种方案中,两种测产模型的总产误差均小于5%,对掌握玉米的总产量提供试验依据。 ③进行产量等级划分研究,提出以产量等级划分误差作为测产精度评价指标。将小区产量划分为5个不同的产量等级,对比各小区实际产量等级与测得产量等级的符合程度,以等级划分的误差率来验证两种预测模型的应用效果。直接冲击方案中,数据拟合产量模型和BP网络产量模型的产量等级划分误差分别为17.14%和10.00%。间接冲击测产方案中,数据拟合产量模型和BP网络产量模型的产量等级划分误差分别为28.57%和17.13%。 ④应用本系统在吉林农业大学试验田进行玉米果穗产量监测试验,田间试验总面积累计1.1hm2。通过对比直接冲击和间接冲击两种方案中的两种测产模型,建议选择直接冲击方案,并以BP神经网络建立产量模型。产量监测系统可以准确的描述小区之间的产量差异,反映小区之间的产量变化趋势,可以为来年的变量施肥作业提供目标产量依据。 本文创新点在于:针对我国玉米收获作业中收获玉米果穗的收获作业方式,提出玉米果穗产量监测方法,并对产量监测的影响因素展开研究;设计了果穗直接冲击测产和间接冲击测产两种方案,以及玉米果穗导向装置;进行产量等级划分研究,提出以产量等级划分误差作为产量监测系统的测产精度评价指标。 本文所提出的玉米果穗产量监测方法可以适应我国收获玉米果穗的收获方式,为精确农业的推广应用提供参考依据。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:S513

手机知网App
【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 周利明;基于电容法的棉花产量和播种量检测技术研究[D];中国农业大学;2014年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王秀芬;马志宏;穆志民;韩秀利;;基于BP神经网络的多因素城市生活垃圾产量预测模型研究[J];安徽农业科学;2010年10期
2 姬菊枝;陶国辉;范玉波;魏松林;韩基良;王艳秋;;利用气象卫星遥感进行哈尔滨地区作物生长状况监测及产量预报[J];东北农业大学学报;2008年06期
3 倪天龙;人工神经网络在ARM平台上的应用[J];单片机与嵌入式系统应用;2005年05期
4 吴炳方;蒙继华;李强子;;国外农情遥感监测系统现状与启示[J];地球科学进展;2010年10期
5 吴炳方;蒙继华;李强子;张飞飞;杜鑫;闫娜娜;;“全球农情遥感速报系统(CropWatch)”新进展[J];地球科学进展;2010年10期
6 王汉宁;玉米果穗轴截面在籽粒产量预测中的应用[J];甘肃农业大学学报;2001年03期
7 申双和;杨沈斌;李秉柏;谭炳香;李增元;Le Toan Thuy;;基于ENVISAT ASAR数据的水稻估产方案[J];中国科学(D辑:地球科学);2009年06期
8 张林焕;张书慧;王薇;齐江涛;王利霞;贾洪雷;黄东岩;;基于PLC的液压无级调速变量施肥控制系统的研究[J];农业网络信息;2010年07期
9 孟志军;赵春江;刘卉;黄文倩;付卫强;王秀;;基于处方图的变量施肥作业系统设计与实现[J];江苏大学学报(自然科学版);2009年04期
10 张惠莉;王刚;辛立国;黄季平;王立新;;γ射线谷物流量在线测量试验系统的研究[J];莱阳农学院学报;2005年03期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 李虹;基于机器视觉路面状态识别关键技术研究[D];吉林大学;2009年
2 王利霞;基于处方图的变量喷药系统研究[D];吉林大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 赵利军;利用PFA进行穗状玉米产量监测的初步研究[D];吉林大学;2008年
2 胡亚伟;基于BP神经网络的张力控制系统[D];中南大学;2008年
3 陈巡洲;冲量式谷物流量传感器研究[D];上海交通大学;2009年
4 卢长龙;基于ARM9的折弯机控制器的研究与开发[D];江南大学;2009年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨玉建;朱建华;尚明华;封文杰;;精准农业关键技术及其发展前景[J];山东农业科学;2006年06期
2 郑琼;董金梅;;我国农业推广体系建设的思路探讨[J];安徽农学通报;2007年19期
3 计庆红;;浅析电子技术在农业领域的应用[J];安徽农学通报;2008年16期
4 张瑞玲;张银丽;;信息技术在精细农业中的应用[J];安徽农业科学;2007年06期
5 张俊花;黄伟;;论现代科技革命与节水抗旱农业[J];安徽农业科学;2007年18期
6 吴文玉;何彬方;杨太明;张爱民;;省级农业气象业务服务系统的开发和应用[J];安徽农业科学;2008年02期
7 阎晓军;;都市农业信息化发展模式研究[J];安徽农业科学;2008年25期
8 黄本柱;;我国农业生态工程建设探析[J];安徽农业科学;2008年27期
9 白鸣祺;高永刚;王芳;;黑龙江省气温变化对水稻产量的影响[J];安徽农业科学;2008年31期
10 王佰梅;吴钢;王潜;;坡地退化生态系统恢复工程技术研究[J];安徽农业科学;2009年16期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张波;罗锡文;;ICT在精细农业中的应用与展望[A];中国农业工程学会2011年学术年会论文集[C];2011年
2 王熙;汪春;庄卫东;王新忠;;大豆播种机变量施肥控制装置研究与设计[A];中国农业工程学会2011年学术年会论文集[C];2011年
3 何东健;杨成海;杨青;兰玉彬;杨福增;赵友亮;;面向精准农业的农田土壤成分实时测定研究进展[A];中国农业工程学会2011年学术年会论文集[C];2011年
4 李旭;刘大为;谢方平;孙松林;蒋蘋;吴明亮;;水稻芽种直播红外播量监控系统的研究[A];中国农业工程学会2011年学术年会论文集[C];2011年
5 马伟;王秀;陈云坪;赵春江;孟志军;张睿;;自走式GPS土壤样芯自动化采集器设计与试验[A];中国农业工程学会2011年学术年会论文集[C];2011年
6 汪懋华;;关于精细农业试验示范与发展研究的思考[A];农业机械化与全面建设小康社会——中国农业机械学会成立40周年庆典暨2003年学术年会论文集[C];2003年
7 葛永慧;赵刚;杨晓琴;;PDA与全站仪的串口通信[A];《测绘通报》测绘科学前沿技术论坛摘要集[C];2008年
8 张和生;薛光武;刘鸿福;;机载激光扫描测高系统的试验[A];《测绘通报》测绘科学前沿技术论坛摘要集[C];2008年
9 王勇华;罗文芬;樊文有;;MAPSUV掌上测图系统在农村土地调查中的应用[A];《测绘通报》测绘科学前沿技术论坛摘要集[C];2008年
10 谢立勇;林淼;李艳;;东北地区农业与生态对气候变化的适应对策[A];2010中国作物学会学术年会论文摘要集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 赵扬锋;煤岩变形破裂电荷感应规律的研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
2 王雄师;讨赖河流域水资源演变及其合理配置研究[D];兰州大学;2010年
3 蒋鼎国;无线传感器网络农业信息监控系统设计与数据融合研究[D];江南大学;2010年
4 李先锋;基于特征优化和多特征融合的杂草识别方法研究[D];江苏大学;2010年
5 王爱芳;干旱胁迫下白皮松苗木电阻抗及生理指标的比较研究[D];河北农业大学;2010年
6 丁晓东;农田养分流失风险评价及养分平衡管理研究[D];浙江大学;2010年
7 李爱民;基于遥感影像的城市建成区扩张与用地规模研究[D];解放军信息工程大学;2009年
8 李琨;监控技术与涌现性分析在煤矿瓦斯灾害防治中的应用研究[D];昆明理工大学;2009年
9 庄卫东;东北黑土漫岗区大豆变量施肥播种技术研究[D];黑龙江八一农垦大学;2011年
10 杜君;基于GIS的我国小麦施肥指标体系的构建[D];中国农业科学院;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 马剑;机载LiDAR数据插值方法研究[D];河南理工大学;2010年
2 梁育雷;基于单片机与FPGA的单相程控功率源研究[D];山东科技大学;2010年
3 董燕;精准定位变率施肥播种免耕机的研究[D];山东科技大学;2010年
4 刘洪军;黄淮海地区夏玉米产量潜力的变化及影响因素分析[D];山东农业大学;2009年
5 陈志强;红富士苹果花营养诊断及其硼含量监测模型的构建[D];山东农业大学;2010年
6 高宇;捷联系统中加速度计信息处理技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 郑品;基于DSP的多功能配电变压器监测终端的设计[D];大连理工大学;2010年
8 石灵吉;压裂裂缝方位监测系统设计与实现[D];大连理工大学;2010年
9 陈松;深部采场矿震监测定位系统的研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
10 王铮;辽粳系列水稻品种推广技术经济分析[D];中国农业科学院;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王雷,王保良,冀海峰,黄志尧,李海青;电容传感器新型微弱电容测量电路[J];传感技术学报;2002年04期
2 王志全;杨方;欧阳斌林;吕春江;;联合收割机实时测产系统的抗振动干扰设计[J];东北农业大学学报;2011年02期
3 段泉圣;刘吉臻;韩晓娟;;电容式煤粉浓度传感器的实验研究[J];动力工程;2007年02期
4 张小勇;陈颖鸣;郭禹姬;;基于电容检测芯片的电容检测系统设计[J];单片机与嵌入式系统应用;2010年06期
5 王超;王玉琳;张文彪;;基于静电传感的气固两相流测量及研究装置[J];电子测量与仪器学报;2011年01期
6 金锋,陆增喜,吴恩庚,王师;电容式传感器在高炉喷吹煤粉质量流量测量中的应用[J];钢铁;1999年10期
7 孟振振;王保良;黄志尧;李海青;;油气两相流空隙率测量系统[J];工程热物理学报;2008年02期
8 邓丽莉;桑胜波;张文栋;唐晓亮;李朋伟;胡杰;李刚;菅傲群;;基于Pcap01芯片的高精度微电容检测系统设计[J];传感技术学报;2013年08期
9 曹晓华;杨印保;殷志田;;基于单片式电容传感器的动态测厚技术[J];河北理工大学学报;2007年01期
10 姜宇;丁雪梅;于少鹏;高红友;;密度无关的物料含水率微波测量方法[J];哈尔滨工业大学学报;2007年11期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 陈亮;核素识别算法及数字化能谱采集系统研究[D];清华大学;2009年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 谭晓慧;平面滑动边坡的可靠度计算及敏感性分析[J];安徽地质;2001年01期
2 张庆霞;刘从九;;2007-2017年安徽省农业机械化作业水平定量预测[J];安徽农学通报;2007年16期
3 陈艳艳;朱跃华;王振报;史建港;;基于MATLAB神经网络工具箱的公交出行比例预测[J];北京工业大学学报;2008年02期
4 孙宇瑞;马道坤;何权;赵燕东;;土壤水分剖面实时测量传感器试验研究[J];北京林业大学学报;2006年01期
5 谢云,武吉华;准格尔旗气候波动与粮食生产变化分析[J];北京师范大学学报(自然科学版);1994年04期
6 盛卫锋,周一届,姜旻;印刷机械中的张力控制[J];包装工程;2001年02期
7 何静,张昌凡;自动套印控制系统的研究与设计[J];包装工程;2002年03期
8 孙玉秋;国产凹印机自动套色控制系统[J];包装工程;2005年05期
9 于海龙;邬伦;刘瑜;李大军;刘丽萍;;基于Web Services的GIS与应用模型集成研究[J];测绘学报;2006年02期
10 董艺;;单片机与PLC的区别及其对控制系统设计方案选择的影响[J];巢湖学院学报;2007年03期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 张小超;胡小安;任继平;毛文华;;精准农业关键技术与装备的研究进展[A];农业工程科技创新与建设现代农业——2005年中国农业工程学会学术年会论文集第三分册[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 陈立平;精准农业变量施肥理论与试验研究[D];中国农业大学;2003年
2 张漫;农田谷物产量空间分布信息采集、处理与系统集成技术研究[D];中国农业大学;2003年
3 曾胜;路面性能评价与分析方法研究[D];中南大学;2003年
4 张彦娥;基于计算机视觉技术温室作物长势诊断机理与方法研究[D];中国农业大学;2005年
5 陈勇;自动施药机器人及可变量控制系统研究[D];南京林业大学;2005年
6 吴川;基于神经网络的目标识别及定位方法的研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2006年
7 黄志开;彩色图像特征提取与植物分类研究[D];中国科学技术大学;2006年
8 毕于慧;彩色航空图像森林纹理特征提取方法的研究[D];北京林业大学;2007年
9 饶洪辉;基于机器视觉的作物对行喷药控制系统研究[D];南京农业大学;2006年
10 蒋晓悦;光照变化条件下的人脸检测与识别算法研究[D];西北工业大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杜文霞;冷连轧张力神经网络预测控制系统的研究[D];燕山大学;2000年
2 左志强;广义预测控制及其在冷连轧张力控制中的应用[D];燕山大学;2002年
3 臧荣克;精确农业中产量监测系统的实验研究[D];东北农业大学;2002年
4 张惠莉;面向康拜因收获过程的谷物流量在线实时测量方法的研究[D];中国农业大学;2002年
5 纪铜钊;凹印机收放卷张力控制系统研究[D];浙江大学;2003年
6 葛玉峰;基于机器视觉的室内模拟农药精确对靶施用系统研究[D];南京林业大学;2003年
7 刘布春;应用于低温冷害预报的东北玉米区域动力模型的研究[D];中国农业大学;2003年
8 栾家辉;车载GPS测产系统及校正装置[D];东北农业大学;2003年
9 吴庆奇;凹版印刷自动套色系统[D];浙江大学;2004年
10 韩云霞;2BFJ-6型自动变量施肥机控制系统研究[D];吉林大学;2004年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 冯海侠;闫贵;胡希义;;影响玉米果穗发育的几个主要因素[J];中国种业;2011年08期
2 候红彩;;防止玉米秃顶的措施[J];农村科技开发;2001年08期
3 钱锦霞;李芬;赵桂香;卫丽萍;;2004年山西省春玉米生育期间农业气象条件简评[J];山西气象;2005年04期
4 胡启山;;玉米的仓储特性及其储藏技术[J];科学种养;2009年10期
5 胡昌钰;;“扶桑”与玉米考辨[J];农业考古;1983年02期
6 佟屏亚;;古代玉米的传说——印第安人的贡献[J];种子世界;1985年03期
7 李春佳;导致玉米果穗异常空秆的原因[J];吉林农业;1996年02期
8 ;玉米贮藏技术[J];云南农业;2007年11期
9 陈永欣;翟广谦;韩永明;董立红;李文和;阮福林;;黑色糯性玉米晋糯8号[J];中国种业;2008年11期
10 任转滩;刘义宝;马毅;洪德峰;孙建权;胡宁;;不同粒位玉米种子产量潜力的研究[J];玉米科学;2009年06期
中国重要会议论文全文数据库 前4条
1 代小伟;孙群;王建华;孙宝启;;中农大四号玉米种子适宜采收期及适宜果穗干燥温度的研究[A];第二届全国种子科学与技术学术研讨会论文摘要集[C];2011年
2 丛宏斌;李明利;李汝莘;王克恒;赵何;范修文;;4YQK-2型茎秆青贮打捆玉米收获机的设计[A];纪念中国农业工程学会成立30周年暨中国农业工程学会2009年学术年会(CSAE 2009)论文集[C];2009年
3 曹志丹;;玉米螟(Pyrausta nabilalis H.)对玉米品质的影响[A];中国昆虫学会1962年学术讨论会会刊[C];1962年
4 黄大文;刘方正;袁主中;;新疆阿拉尔地区棉铃虫种群数量变动原因的探讨[A];中国昆虫学会1962年学术讨论会会刊[C];1962年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 张海滨;防治玉米果穗秃顶的技术措施[N];衡水日报;2009年
2 赵洪森;防止玉米果穗苞叶过长[N];山西科技报;2000年
3 阎宏宏;玉米果穗不满尖改良措施有四条[N];山西科技报;2001年
4 记者 赵东 王晓霞;临泽兰洽会好项目吸引大资金[N];张掖日报;2010年
5 记者 石坚;利用晴好天气 加紧三秋生产[N];焦作日报;2009年
6 记者 马钰良;临泽重点项目建设进展顺利[N];张掖日报;2010年
7 李玉环;青贮饲料咋饲喂[N];山西科技报;2005年
8 本报记者 刘昊 赵天冬;养牛大户的农机“经”[N];农民日报;2011年
9 孙学增;高温干旱影响玉米“怀胎”[N];河北科技报(农村版);2000年
10 张连发;适合农民加工的特用玉米项目[N];吉林农村报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 齐江涛;玉米果穗产量实时监测方法及其应用研究[D];吉林大学;2011年
2 王慧慧;鲜玉米果穗自动分级方法研究[D];吉林大学;2011年
3 赵武云;组合式螺旋板齿种子玉米脱粒装置研究[D];西北农林科技大学;2012年
4 刘红军;玉米IBM Syn10群体高分辨率遗传连锁图谱构建及穗部相关性状QTL/miRNA遗传解析[D];四川农业大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 崔相德;玉米果穗顺向装置的研究[D];吉林大学;2011年
2 王冰;玉米果穗长度自动分级系统的研究[D];吉林大学;2011年
3 张大龙;基于组态技术的玉米果穗烘干监控系统的设计[D];甘肃农业大学;2013年
4 牛康;新型玉米果穗螺旋输送装置的试验研究及应用[D];河南科技大学;2013年
5 周海玲;玉米果穗物理力学性质研究及脱粒过程仿真分析[D];吉林大学;2013年
6 张婷婷;基于小波分析的玉米果穗成熟度分级[D];吉林大学;2011年
7 周卫霞;弱光胁迫对不同基因型玉米果穗生长发育的影响[D];河南农业大学;2013年
8 王晶;玉米对生种子脱粒机理论分析与试验研究[D];沈阳农业大学;2011年
9 曲宏杰;籽粒型玉米收获机适应性的试验与研究[D];山东理工大学;2013年
10 柳枫贺;影响玉米机械收粒质量的主要因素研究[D];石河子大学;2013年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026